WO2022243294A1 - Semiconductor laser device and optoelectronic component - Google Patents

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WO2022243294A1
WO2022243294A1 PCT/EP2022/063292 EP2022063292W WO2022243294A1 WO 2022243294 A1 WO2022243294 A1 WO 2022243294A1 EP 2022063292 W EP2022063292 W EP 2022063292W WO 2022243294 A1 WO2022243294 A1 WO 2022243294A1
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converter
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PCT/EP2022/063292
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Johann Ramchen
Joerg Erich Sorg
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01S5/32308Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32341Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP

Definitions

  • Surface emitting semiconductor lasers are widely used as very high luminance light sources. Efforts are generally being made to further develop surface-emitting semiconductor lasers based on GaN.
  • the object of the present invention is to provide an improved semiconductor laser device and an improved optoelectronic component.
  • a semiconductor laser device includes a surface emitting semiconductor laser element having a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter capable of converting a wavelength of laser radiation emitted from the surface emitting semiconductor laser element.
  • the semiconductor laser device can also have a carrier, the converter being applied to the carrier and the laser radiation being radiated through the carrier and converter.
  • the carrier can be an optical element.
  • the converter can be applied directly to the optical element.
  • the semiconductor laser device can additionally have an optical element on a surface facing away from the surface-emitting semiconductor laser element side of the converter.
  • the optical element can be connected to the carrier.
  • the semiconductor laser device may further comprise a housing having a bottom part and side parts, wherein the surface emitting semiconductor laser element is arranged above the bottom part and the side parts are arranged laterally adjacent to the surface emitting semiconductor laser element.
  • the side parts can protrude beyond the surface-emitting semiconductor laser element.
  • the carrier for the converter can form a closure of the housing.
  • the optical element can form a closure of the housing.
  • a semiconductor laser device comprises an arrangement of a multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements which have a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter which is suitable for converting a wavelength of the laser radiation emitted by the surface-emitting semiconductor laser elements.
  • a single converter can be assigned to the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements.
  • the converter can change spatially.
  • the converter can have a multiplicity of converter regions, and an associated converter region is assigned to each of the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements.
  • the semiconductor laser device can also include control electronics that are suitable for driving each of the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements individually.
  • the semiconductor laser device may further comprise an optical device on a side of the converter opposite to the array of semiconductor laser elements.
  • the optical device can have a large number of optical elements.
  • Each of the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements can be associated with an associated optical element.
  • the converter can be applied directly to the surface-emitting semiconductor laser element.
  • the semiconductor laser device can further have a bottom part of a housing or a packaging substrate on which the surface-emitting semiconductor laser element is applied, and an optical element which, together with the bottom part, forms the housing of the semiconductor laser device.
  • An optoelectronic component includes the semiconductor device described above.
  • the optoelectronic component can be selected from a micro-display device, a lighting device and a motor vehicle headlight.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
  • Fig. 1B shows a horizontal cross-sectional view through part of the semiconductor laser device.
  • Fig. IC shows a schematic cross-sectional view of a surface emitting semiconductor laser element.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
  • Fig. 3A shows a schematic view of part of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
  • 3B shows an example of a semiconductor laser device.
  • FIG. 3C shows a schematic plan view of elements of the semiconductor laser device.
  • FIG. 4A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
  • 4B and 4C illustrate an example of a wiring scheme for the semiconductor laser device.
  • FIG. 4D shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to further embodiments.
  • Fig. 5A shows a cross-sectional view of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
  • Fig. 5B shows a cross-sectional view of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an optoelectronic component according to embodiments.
  • wafer or “semiconductor substrate” used in the following description can, in principle, include any semiconductor-based structure that has a has semiconductor surface.
  • the wafer and structure are understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers optionally supported by a base substrate, and other semiconductor structures.
  • a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, such as a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate, or of an insulating material, such as a sapphire substrate.
  • the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material.
  • semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds that can be used, for example, to generate ultraviolet, blue or longer-wave light, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGaInBN, phosphide semiconductor compounds , which can be used to generate green or longer-wave light, such as GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, and other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 2Ü3 , diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned.
  • the stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary.
  • Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium, and germanium.
  • substrate generally includes insulating, conductive, or semiconductor substrates.
  • vertical as used in this specification is intended to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or Semiconductor body runs.
  • the vertical direction can correspond to a growth direction when layers are grown, for example.
  • lateral and horizontal as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
  • the horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
  • the wavelength of electromagnetic radiation emitted from a semiconductor laser element can be converted using a converter material containing a phosphor or phosphor.
  • white light can be generated by combining a semiconductor laser element that emits blue light with a suitable phosphor.
  • the phosphor may be a yellow phosphor capable of emitting yellow light when excited by the light from the blue semiconductor laser element.
  • the phosphor can, for example, absorb part of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor laser element.
  • the combination of blue and yellow light is perceived as white light.
  • the color temperature can be changed by adding further phosphors that are suitable for emitting light of a further wavelength, for example a red wavelength.
  • white light can be generated by a combination containing a blue-emitting semiconductor laser element and a green and red phosphor. the. It goes without saying that a converter material can comprise a number of different phosphors, each of which emits different wavelengths.
  • Examples of phosphors are metal oxides, metal halides, metal sulfides, metal nitrides, and others. These compounds can also contain additives that cause specific wavelengths to be emitted.
  • the additives can include rare earth materials.
  • YAG:Ce 3+ yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12) activated with cerium
  • (Sri. 7 Bao. 2 Euo.i)S1O 4 can be used as an example for a yellow phosphor.
  • Further phosphors can be based on MSiC> 4 :Eu 2+ , where M can be Ca, Sr or Ba. By selecting the cations with an appropriate concentration, a desired conversion wavelength can be selected. Many other examples of suitable phosphors are known.
  • the phosphor material for example a phosphor powder
  • the matrix material may comprise a resin or polymer composition such as a silicone or an epoxy resin.
  • the size of the phosphor particles can be in the micrometer or nanometer range, for example.
  • the matrix material can include a glass.
  • the converter material can be formed by sintering the glass, for example S1O 2 with other additives and phosphor powder, with the formation of a phosphor in the glass (PiG).
  • the phosphor material itself can be sintered to form a ceramic.
  • the ceramic phosphor can have a polycrystalline structure.
  • the phosphor material can be grown to form a monocrystalline phosphor, for example using the Czochralski (Cz) method.
  • the phosphor material itself can be a semiconductor material which has a suitable band gap for absorption of the light emitted by the semiconductor laser element and for emission of the desired conversion wavelength in the volume or in layers.
  • this can be an epitaxially grown semiconductor material.
  • the epitaxially grown semiconductor material can have a band gap that corresponds to a lower energy than that of the primarily emitted light.
  • several suitable semiconductor layers, each emitting light of different wavelengths, can be stacked one on top of the other.
  • One or more quantum wells, quantum dots, or quantum wires may be formed in the semiconductor material.
  • a semiconductor laser device 10 comprises a surface-emitting semiconductor laser element 105, which has a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter 120.
  • the converter 120 is suitable for converting a wavelength of the laser radiation 107 emitted by the surface-emitting semiconductor laser element 105.
  • a plurality of semiconductor laser elements 105 can be stacked over a laser substrate 100. Brought or in the laser substrate 100 may be arranged.
  • the laser substrate 100 may be a growth substrate on which individual layers to form the semiconductor laser elements 105 are grown.
  • the laser substrate 100 can also be different from the growth substrate.
  • the semiconductor laser elements 105 may have been formed on a separate growth substrate and subsequently applied to the laser substrate 100 .
  • the term “laser substrate 100” can also refer to a semiconductor body in which the individual semiconductor laser elements 105 are formed.
  • the semiconductor laser device 10 may further include a housing 130 .
  • the housing 130 can have a bottom part 131 and one or more side parts 135 .
  • the laser substrate 100 can be applied over the bottom part 131 .
  • the bottom part 131 and the housing 130 can be made of a suitable semiconductor package material, such as a ceramic or a suitable plastic, for example.
  • a conductive layer or parts of a conductive layer can be applied to the bottom part 131 and connected to the laser substrate 100 .
  • the conductive layer or the parts of the conductive layer can represent a first contact element 127 for contacting the semiconductor laser elements 105, for example.
  • the first contact element 127 can be connected to a first contact surface 139 which is located on a side of the base part 131 which is remote from the first contact element 127 .
  • a second contact surface 137 can be isolated from the first contact surface 139 and also present on a side of the base part 131 facing away from the first contact element 127 and be electrically connected to a second contact element 126 .
  • the second contact element 126 can, for example, be another part of the conductive layer which is separate from the first contact element 127 .
  • the second contact element 126 may not be covered with the laser substrate 100, for example.
  • the second contact element 126 can, for example, be connected to a second semiconductor layer of the surface-emitting semiconductor laser element 105 via a first wiring 122 .
  • individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 can be controlled individually in order to implement any desired illumination pattern.
  • the side walls 135 of the housing can extend laterally along the laser substrate 100 in a vertical direction, so that the laser substrate 100 with the surface-emitting laser elements 105 rests on the base part 131 and laterally from the side walls 135 is enclosed.
  • the converter 120 can be applied to a carrier 125, for example.
  • the laser radiation 107 can be radiated through the carrier 125 and the converter 120 .
  • the converter 120 can be applied to the side of the carrier 125 facing the surface-emitting laser element 105 .
  • the carrier 125 can form an upper end of the housing 130, for example.
  • the carrier 125, the side parts 135 and the bottom part 131 form a housing, and the converter 120 is mounted on the underside of the housing cover.
  • the substrate 125 can be a glass or other transparent material with an anti-reflection coating.
  • the converter 120 can be arranged on a top side, a bottom side or inside the carrier 125 .
  • an optical element 113 or optical device 115 may be applied over the carrier 125 .
  • both carrier 125 and optical element 113 or optical device 115 can have a planar main surface, so that a compact form is realized by the combination of carrier 125, converter 120 and optical element 113 or optical device 115 .
  • the optical element 113 may be, for example, a lens, such as a collimator lens, or an optically diffractive element, such as a grating element, or other.
  • a single optical element 113 can be provided for several or all surface-emitting semiconductor laser elements 105 .
  • An optical device 115 can have a large number of individual optical elements 113, for example.
  • the optical device 115 can be, for example, a lens arrangement or the like.
  • an associated optical element 113 can be provided for each surface-emitting semiconductor laser element 105 . By addressing the respective semiconductor laser elements 105, which are assigned to a specific optical element 113, an application-specific beam shape can thus be generated.
  • the surface-emitting semiconductor laser element 105 has a GaN-containing compound layer.
  • the surface-emitting semiconductor laser element 105 may be able to emit laser radiation in a wavelength range of 400 to emit up to 470 nm. Accordingly, using a suitable converter 120, it is possible to achieve emission in a broad visible wavelength range. Due to the fact that the electromagnetic radiation is generated by surface-emitting semiconductor laser elements, a light source that is as compact as possible with the highest possible luminance can be provided. In particular, strongly directed emission is ensured by the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 . As a result, laser beams emitted from adjacent surface-emitting semiconductor laser elements 105 overlap only slightly, as indicated in Fig. 1A. In Fig. 1A, the converter 120 is arranged at a distance from the emission surface 103 of the surface emitting semiconductor laser elements. For example, the distance d can be 500 nm to 100 gm, for example 1 to 100 gm.
  • Fig. 1B shows an example of an arrangement of the surface emitting semiconductor laser elements 105 over the laser substrate 100.
  • the view of Fig. 1B may be a horizontal cross-sectional view between I and I' in Fig. 1A. Any arrangement pattern can be implemented here.
  • a chessboard pattern-like arrangement of the surface-emitting semiconductor laser elements 105 is shown in FIG. 1B.
  • the surface-emitting semiconductor laser elements can also be arranged in rows and columns.
  • Fig. IC shows an example of a surface emitting laser element 105, which may be part of the semiconductor laser device 10 described.
  • the surface emitting laser element 105 has a first resonator mirror 141, a second resonator mirror 140 and an optical resonator 159 between the first resonator mirror 141 and the second Resonator mirror 140 on.
  • the optical resonator 159 extends in the vertical direction.
  • the first cavity mirror 141 may comprise alternately stacked first layers of a first composition and second layers of a second composition. For example, when using the electrical layers, they can alternately have a high refractive index (n>1.7) and a low refractive index (n ⁇ 1.7) and be designed as a Bragg reflector.
  • the first resonator mirror 141 can also have semiconductor layers.
  • semiconductor layers with a high refractive index (n>3.3) and semiconductor layers with a low refractive index (n ⁇ 3.3) can be arranged alternately.
  • the layer thickness can be 1/4 or a multiple of 1/4, where 1 indicates the wavelength of the light to be reflected.
  • the first resonator mirror 141 can have, for example, 2 to 50 different layers.
  • a typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm.
  • the layer stack can also contain one or two or more layers that are thicker than about 180 nm, for example thicker than 200 nm.
  • the first resonator mirror 141 can have an overall reflectivity of 99.8% or more for the laser radiation.
  • Layers of the first resonator mirror 141 can, for example, be doped with a first conductivity type, for example n-conducting.
  • a first semiconductor layer 145 of a first conductivity type, for example n-conducting can be arranged above the first resonator mirror 141 .
  • the semiconductor layer stack can have a second semiconductor layer 150 of a second conductivity type, for example p-type.
  • An active zone 155 may be arranged between the first semiconductor layer 145 and the second semiconductor layer 150 .
  • the active zone 155 can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • SQW single quantum well structure
  • MQW multiple quantum well structure
  • quantum well structure has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • a suitable insulating layer 158 extends from the edge of the semiconductor laser element 105 in the direction of the Center of the semiconductor laser element 105, so that a conductive area remains in the central area.An aperture 156 for current conduction is formed through the areas of the insulating layer 158.
  • the first semiconductor layer 145 can be electrically connected via a first contact element 127
  • the second semiconductor layer 150 is, for example electrically connectable via a second contact element 126 (not shown in FIG. 1C) and optionally a surface contact element 128.
  • a diameter of an emitted laser beam can be approximately 10 ⁇ m.
  • the first and second semiconductor layers 145, 150 and layers of the active zone 150 can each contain GaN or a GaN-containing compound semiconductor material.
  • An emission wavelength of the surface-emitting semiconductor laser element can be in a range from 400 to 470 nm, for example.
  • the surface-emitting semiconductor laser element 105 is suitable for emitting narrow-band electromagnetic radiation.
  • the emission wavelength, in particular of a VCSEL, is very temperature-stable and shows only a small temperature-dependent change. Accordingly, it is possible to use a converter for the surface-emitting semiconductor laser element 105 which has only a narrow absorption area has. When using a converter tuned to the wavelength of the surface-emitting semiconductor laser element 105, a thermal load is reduced.
  • FIG. 1C shows an illustrative example of a surface-emitting semiconductor laser element 105. It is a matter of course that components of the surface-emitting semiconductor laser element 105 can be modified. According to further embodiments, the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be realized in a different way.
  • the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be implemented as an HCSEL (“Horizontal Cavity Surface Emitting Laser”), i.e. as a surface-emitting laser with a horizontal resonator.
  • the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be a PCSEL (“Photonic Crystal Surface Emitting Laser”), i.e. semiconductor lasers , In which, for example, instead of resonator mirrors, a photonic crystal is provided, be rea lplex.
  • FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device 10 according to further embodiments.
  • the converter 120 is arranged directly on the emission surface 103 or a surface of the surface-emitting semiconductor laser elements 105 here.
  • converter 120 may be formed as one element associated with a plurality of laser elements 105 .
  • each laser element 105 can be assigned its own converter region 121i , 1212, 1213.
  • the individual converter areas 121i can be integrated into a carrier 125 .
  • the individual converter areas 121i can be identical or different from each other.
  • the carrier may contain a material with a high thermal conductivity mix. In the carrier 125 cavities can be formed for the converter material.
  • patches of converter material may be formed on a planar support, such as by screen printing or the like. In this way, it is possible for the heat generated by the conversion to be dissipated locally.
  • the optical element 113 or the optical device 115 can form an upper closure of the housing 130 .
  • the optical element 113 or optical device can be connected to side parts 135 of the housing.
  • the carrier 125 can be omitted.
  • a lateral extension of the carrier 125 can be smaller than that of the base part 131 of the housing 130 .
  • FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of a portion of a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments.
  • a plurality of semiconductor laser devices 10 can be manufactured at the wafer level by common processing steps.
  • a semiconductor laser device 10 can each include a plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 105 arranged over a suitable laser substrate 100 and electrically connected.
  • the converter 120 can be connected to the optical element 113 or the optical device 115 .
  • the converter 120 can, for example, be arranged at a distance from the surface-emitting semiconductor laser elements 105 or be adjacent to an emission surface 103 .
  • a carrier 125 can additionally be arranged over the surface-emitting semiconductor laser elements 105 be.
  • the carrier 125 can be a glass with an antireflection layer, for example.
  • a converter 120 can be applied to one side of the carrier 125 .
  • the converter 120 can also be built into or integrated into the carrier 125 .
  • the carrier 125 can be a silicate with an admixture of a suitable converter 120 .
  • the carrier 125 can adjoin an emission surface 103 of the surface emitting semiconductor laser elements 105 .
  • each semiconductor laser device 10 can be assigned a separate converter element 120, which, for example, effects conversion into any desired color that is different in each case.
  • Each semiconductor laser device 10 can also be assigned an individual optical element 113 of an optical device 115 . In this way, a very specific beam shape can be generated for each semiconductor device 10 .
  • the converters 120 can also vary locally, so that a different color is emitted on the right-hand side of a semiconductor laser device than on the left-hand side of a semiconductor laser device.
  • FIG. 3B shows another configuration of a semiconductor laser device 10 according to embodiments.
  • the semiconductor laser device 10 shown in FIG. 3B is constructed similarly to that shown in FIG. 1A or 2.
  • FIG. it is possible here to control individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 in a targeted manner by means of a corresponding wiring structure.
  • a large number of first contact elements 127 can be placed over the bo Denteil 131 may be arranged so as to effect a driving of the individual surface emitting semiconductor laser elements.
  • the surface-emitting semiconductor laser elements 105 can also be driven via surface contact elements 128, which are electrically connected to the second contact elements 126, for example, via a first wiring 122.
  • the surface contact elements 128 can each be applied to a top side of the laser substrate 100 .
  • FIG. 3B further shows an optical device 115 comprising a plurality of optical elements 113 .
  • Other elements are as described with reference to FIGS. 1A and 2.
  • FIG. Any lighting pattern can be realized in this way.
  • 3C shows a view of an arrangement of the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 and the associated circuit and wiring structures.
  • the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 can each be controlled individually via second contact elements 126 and surface contact elements 128 .
  • wiring patterns other than those illustrated in FIG. 3C can also be used.
  • the second contact elements 126 can be connected to the surface contact elements 128 via a first wiring 122 .
  • 3C also shows an electronic control system 123 which is suitable for controlling each of the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements individually.
  • the semiconductor laser device 10 illustrated in Figures 3B and 3C can be incorporated into an automobile headlight.
  • the car headlight can be tracked to moving objects by selectively switching the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 on and off. Due to the low radiation Vergence of the emitted laser radiation there is no crosstalk and a higher contrast can be achieved.
  • the semiconductor laser device 10 can have, for example, a plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 105i, 105 2 , . . . , 105 n .
  • a single converter element 121i, 121 2 , . . . , 121 n is assigned to each of the individual surface-emitting semiconductor laser elements.
  • the individual converter elements 121i can be arranged directly above the surface-emitting semiconductor laser elements and, for example, directly adjoin an emission surface 103 .
  • the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i can be arranged above a laser substrate 100 or in the laser substrate 100 .
  • FIG. 4B shows an example of a wiring scheme for electrically contacting the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i, 105 2 , ..., 105 4 .
  • a contact surface 124i, 124 2 . . . 124 4 can be connected to an associated laser element 105i , 105 2 , .
  • emission can be effected by the corresponding laser element 105i, 105 2 , ..., 105 n .
  • the semiconductor laser device 10 can shine in white with the desired color temperature, green, red or blue by appropriately driving the corresponding contact surfaces.
  • FIG. 4C shows a plan view of the semiconductor laser device according to further embodiments, in which an alternative wiring is implemented.
  • FIG. 4D shows a schematic view of a semiconductor laser device 10, in which the components shown in FIG. 4A are also applied to a bottom part 131 of a housing and correspondingly connected to a second contact element 126.
  • An optical element 113 is applied over the surface-emitting semiconductor laser elements.
  • the optical element 113 can be implemented by an appropriately shaped or cast silicone element.
  • a silicone potting compound can be cast in the form of lenses.
  • the optical element 113 together with the base part 131 can represent a housing of the semiconductor laser device 10 .
  • a light source which, with suitable control, emits different colors or color temperatures, can be realized.
  • FIG. 5A shows a schematic cross-sectional view of a portion of a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments.
  • a plurality of semiconductor laser devices 10 can be manufactured at the wafer level through common processing steps.
  • different converter regions 121i can be attached to a carrier 125 in a manner similar to that described with reference to FIG. 1A.
  • the individual converter regions 121i can each be aligned with the surface-emitting semiconductor laser elements 105 and spatially overlap with a surface-emitting semiconductor laser element 105 in each case.
  • the carrier 125 for the converter regions 121i can form a housing for the semiconductor laser device 10 in combination with the laser substrate 100 in each case.
  • the carrier 125 can contain a material with a high thermal conductivity. Cavities for the converter material can be formed in the carrier 125 .
  • patches of converter material may be formed on a planar support, such as by screen printing or the like. In this way, it is possible for the heat generated by the conversion to be dissipated locally.
  • An optical element 113 or an optical device 115 can be provided on a surface of the carrier 125 facing away from the surface-emitting laser elements.
  • a light source with different colors can be realized by specifically addressing individual surface-emitting semiconductor laser elements.
  • the converter regions 121i can also be arranged directly on the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i and directly border an emission surface 103.
  • FIG. 5B shows a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments.
  • a multiplicity of semiconductor laser devices 10 can be provided Wafer level are produced by common processing steps.
  • the individual converter areas can be formed directly on the associated surface-emitting semiconductor laser elements 105, for example by screen printing.
  • an optical element 113 or an optical device 115 can additionally be arranged, for example illustrated in a similar manner in FIG. 4D or 2 .
  • the individual surface emitting laser elements 105i of the individual semiconductor laser devices can be driven individually in order to emit corresponding color patterns.
  • a light source can be provided that is suitable for emitting electromagnetic radiation in any color tones and also, for example, white with different color temperatures.
  • any colors or color temperatures as well as different lighting patterns can be set by suitable control.
  • Fig. 6 shows a schematic view of an optoelectronic component 15.
  • the optoelectronic component 15 comprises the semiconductor laser device 10 described above Stages or film studios, a lighting device with high luminosity for buildings or a car headlight.

Abstract

The invention relates to a semiconductor laser device (10) comprising a surface emitting semiconductor laser element (105) having a GaN-containing compound semiconductor layer and a converter (120). The converter is adapted to convert a wavelength of laser radiation (107) emitted from the surface emitting semiconductor laser element (105).

Description

HALBLEITERLASERVORRICHTUNG UND OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND OPTOELECTRONIC COMPONENT
BESCHREIBUNG DESCRIPTION
Oberflächenemittierende Halbleiterlaser werden als Leuchtquel le mit sehr hoher Leuchtdichte weitverbreitet eingesetzt. Ge nerell werden Anstrengungen unternommen, oberflächenemittie rende Halbleiterlaser auf GaN-Basis weiter zu entwickeln. Surface emitting semiconductor lasers are widely used as very high luminance light sources. Efforts are generally being made to further develop surface-emitting semiconductor lasers based on GaN.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiterlaservorrichtung sowie ein verbessertes optoelektronisches Bauelement zur Verfügung zu stellen. The object of the present invention is to provide an improved semiconductor laser device and an improved optoelectronic component.
Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. According to embodiments, the object is solved by the subject matter of the independent patent claims. Advantageous developments are defined in the dependent claims.
Eine Halbleiterlaservorrichtung umfasst ein oberflächenemit tierendes Halbleiterlaserelement, welches eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweist, und einen Konverter, der geeignet ist, eine Wellenlänge der von dem oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelement emittierten Laserstrah lung zu konvertieren. A semiconductor laser device includes a surface emitting semiconductor laser element having a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter capable of converting a wavelength of laser radiation emitted from the surface emitting semiconductor laser element.
Die Halbleiterlaservorrichtung kann ferner einen Träger auf weisen, wobei der Konverter auf dem Träger aufgebracht ist und die Laserstrahlung durch den Träger und Konverter hindurchge strahlt wird. Beispielsweise kann der Träger ein optisches Element sein. Beispielsweise kann der Konverter direkt auf dem optischen Element aufgebracht sein. The semiconductor laser device can also have a carrier, the converter being applied to the carrier and the laser radiation being radiated through the carrier and converter. For example, the carrier can be an optical element. For example, the converter can be applied directly to the optical element.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Halbleiterlaservor richtung zusätzlich ein optisches Element auf einer von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelement abgewandten Seite des Konverters aufweisen. Beispielsweise kann das opti sche Element mit dem Träger verbunden sein. In accordance with further embodiments, the semiconductor laser device can additionally have an optical element on a surface facing away from the surface-emitting semiconductor laser element side of the converter. For example, the optical element can be connected to the carrier.
Die Halbleiterlaservorrichtung kann ferner ein Gehäuse umfas sen, welches einen Bodenteil und Seitenteile aufweist, wobei das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement über dem Bodenteil angeordnet ist und die Seitenteile seitlich benach bart zu dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelement angeordnet sind. Beispielsweise können die Seitenteile über das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement herausra gen. The semiconductor laser device may further comprise a housing having a bottom part and side parts, wherein the surface emitting semiconductor laser element is arranged above the bottom part and the side parts are arranged laterally adjacent to the surface emitting semiconductor laser element. For example, the side parts can protrude beyond the surface-emitting semiconductor laser element.
Gemäß Ausführungsformen kann der Träger für den Konverter ei nen Abschluss des Gehäuses bilden. Gemäß weiteren Ausführungs formen kann das optische Element einen Abschluss des Gehäuses bilden. According to embodiments, the carrier for the converter can form a closure of the housing. According to further embodiments, the optical element can form a closure of the housing.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst eine Halbleiterlaser vorrichtung eine Anordnung einer Vielzahl von oberflächenemit tierenden Halbleiterlaserelementen, welche eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweisen, und einen Konverter, der geeignet ist, eine Wellenlänge der von den oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelementen emittierten Laserstrah lung zu konvertieren. According to further embodiments, a semiconductor laser device comprises an arrangement of a multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements which have a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter which is suitable for converting a wavelength of the laser radiation emitted by the surface-emitting semiconductor laser elements.
Beispielsweise kann ein einziger Konverter der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen zugeordnet sein. Der Konverter kann sich beispielsweise räumlich ändern. For example, a single converter can be assigned to the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements. For example, the converter can change spatially.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Konverter eine Viel zahl von Konverterbereichen aufweisen, und jedem der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen ist ein zugehöriger Konverterbereich zugeordnet. Die Halbleiterlaservorrichtung kann ferner eine Ansteuerelekt ronik umfassen, die geeignet ist, jedes der Vielzahl von ober flächenemittierenden Halbleiterlaserelementen einzeln anzu steuern. In accordance with further embodiments, the converter can have a multiplicity of converter regions, and an associated converter region is assigned to each of the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements. The semiconductor laser device can also include control electronics that are suitable for driving each of the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements individually.
Die Halbleiterlaservorrichtung kann ferner eine optische Vor richtung auf einer von der Anordnung von Halbleiterlaserele menten abgewandten Seite des Konverters umfassen. Die optische Vorrichtung kann eine Vielzahl optischer Elemente aufweisen. Jedem der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterla serelementen kann ein zugehöriges optisches Element zugeordnet sein. The semiconductor laser device may further comprise an optical device on a side of the converter opposite to the array of semiconductor laser elements. The optical device can have a large number of optical elements. Each of the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements can be associated with an associated optical element.
Beispielsweise kann der Konverter direkt auf dem oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelement aufgebracht sein. For example, the converter can be applied directly to the surface-emitting semiconductor laser element.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Halbleiterlaservor richtung ferner ein Bodenteil eines Gehäuses oder ein Pa ckungssubstrat, auf dem das oberflächenemittierende Halb leiterlaserelement aufgebracht ist, sowie ein optisches Ele ment aufweisen, das zusammen mit dem Bodenteil das Gehäuse des Halbleiterlaservorrichtungs bildet. According to further embodiments, the semiconductor laser device can further have a bottom part of a housing or a packaging substrate on which the surface-emitting semiconductor laser element is applied, and an optical element which, together with the bottom part, forms the housing of the semiconductor laser device.
Ein optoelektronisches Bauelement umfasst die vorstehend be schriebene Halbleitervorrichtung. Beispielsweise kann das optoelektronisches Bauelement aus einer Mikro-Anzeigevorrich tung, einer Beleuchtungsvorrichtung und einem KFZ-Scheinwerfer ausgewählt sein. An optoelectronic component includes the semiconductor device described above. For example, the optoelectronic component can be selected from a micro-display device, a lighting device and a motor vehicle headlight.
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel- bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen. The accompanying drawings serve to understand exemplary embodiments from the invention. The drawings illustrate exemplary embodiments and, together with the description, serve to explain them. Further exemplary embodiments and numerous of the intended advantages result directly bar from the following detailed description. The elements and structures shown in the drawings are not necessarily drawn to scale with respect to one another. The same reference numbers refer to the same or corresponding elements and structures.
Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsformen. 1A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
Fig. 1B zeigt eine horizontale Querschnittsansicht durch einen Teil der Halbleiterlaservorrichtung. Fig. 1B shows a horizontal cross-sectional view through part of the semiconductor laser device.
Fig. IC zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelements. Fig. IC shows a schematic cross-sectional view of a surface emitting semiconductor laser element.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halb leiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsformen. 2 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
Fig. 3A zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Werkstücks zur Ausbildung von Halbleiterlaservorrichtungen. Fig. 3A shows a schematic view of part of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
Fig. 3B zeigt ein Beispiel einer Halbleiterlaservorrichtung. 3B shows an example of a semiconductor laser device.
Fig. 3C zeigt eine schematische Draufsicht auf Elemente der Halbleiterlaservorrichtung . FIG. 3C shows a schematic plan view of elements of the semiconductor laser device.
Fig. 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß Ausführungsformen. 4A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to embodiments.
Die Fig. 4B und 4C veranschaulichen ein Beispiel eines Ver drahtungsschemas für die Halbleiterlaservorrichtung. 4B and 4C illustrate an example of a wiring scheme for the semiconductor laser device.
Fig. 4D zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen. Fig. 5A zeigt eine Querschnittsansicht eines Werkstücks zur Ausbildung von Halbleiterlaservorrichtungen. 4D shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to further embodiments. Fig. 5A shows a cross-sectional view of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
Fig. 5B zeigt eine Querschnittsansicht eines Werkstücks zur Ausbildung von Halbleiterlaservorrichtungen. Fig. 5B shows a cross-sectional view of a workpiece for forming semiconductor laser devices.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines optoelektroni schen Bauelements gemäß Ausführungsformen. 6 shows a schematic view of an optoelectronic component according to embodiments.
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part hereof, and in which specific example embodiments are shown by way of illustration. In this context, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "over", "on", "in front", "back", "front", "back", etc. is used the orientation of the figures just described. Because the components of the exemplary embodiments can be positioned in different orientations, the directional terminology is used for purposes of explanation and is in no way limiting.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. The description of the exemplary embodiments is not restrictive, since other exemplary embodiments exist and structural or logical changes can be made without departing from the scope defined by the claims. In particular, elements of exemplary embodiments described below can be combined with elements of other exemplary embodiments described, unless the context dictates otherwise.
Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können prinzipiell jeg liche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu ver stehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitakti sche Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleiter material auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halb leitermaterial, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN- Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. The terms "wafer" or "semiconductor substrate" used in the following description can, in principle, include any semiconductor-based structure that has a has semiconductor surface. The wafer and structure are understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers optionally supported by a base substrate, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material may be grown on a growth substrate of a second semiconductor material, such as a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate, or of an insulating material, such as a sapphire substrate.
Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direk ten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Bei spiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung beson ders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultra violettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, Al- GalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispiels weise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga2Ü3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Bei spiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium- Germanium und Germanium umfassen. Depending on the intended use, the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material. Examples of semiconductor materials that are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds that can be used, for example, to generate ultraviolet, blue or longer-wave light, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, AlGaInBN, phosphide semiconductor compounds , which can be used to generate green or longer-wave light, such as GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, and other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga 2Ü3 , diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned. The stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary. Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium, and germanium.
Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate. The term "substrate" generally includes insulating, conductive, or semiconductor substrates.
Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen. The term "vertical" as used in this specification is intended to describe an orientation that is substantially perpendicular to the first surface of a substrate or Semiconductor body runs. The vertical direction can correspond to a growth direction when layers are grown, for example.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein. The terms "lateral" and "horizontal" as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen. The horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
Üblicherweise kann die Wellenlänge von einem Halbleiterla serelement emittierter elektromagnetischer Strahlung unter Verwendung eines Konvertermaterials, welches einen Leuchtstoff oder Phosphor enthält, konvertiert werden. Beispielsweise kann weißes Licht durch eine Kombination eines Halbleiterlaserele ments, das blaues Licht emittiert, mit einem geeigneten Leuchtstoff erzeugt werden. Beispielsweise kann der Leucht stoff ein gelber Leuchtstoff sein, der, wenn er durch das Licht des blauen Halbleiterlaserelements angeregt wird, geeig net ist, gelbes Licht zu emittieren. Der Leuchtstoff kann bei spielsweise einen Teil der von dem Halbleiterlaserelement emittierten elektromagnetischen Strahlung absorbieren. Die Kombination von blauem und gelbem Licht wird als weißes Licht wahrgenommen. Durch Beimischen weiterer Leuchtstoffe, die ge eignet sind, Licht einer weiteren, beispielsweise einer roten Wellenlänge, zu emittieren, kann die Farbtemperatur geändert werden. Gemäß weiteren Konzepten kann weißes Licht durch eine Kombination, die ein blau emittierendes Halbleiterlaserelement und einen grünen und roten Leuchtstoff enthält, erzeugt wer- den. Es ist selbstverständlich, dass ein Konvertermaterial mehrere verschiedene Leuchtstoffe, die jeweils unterschiedli che Wellenlängen emittieren, umfassen kann. Typically, the wavelength of electromagnetic radiation emitted from a semiconductor laser element can be converted using a converter material containing a phosphor or phosphor. For example, white light can be generated by combining a semiconductor laser element that emits blue light with a suitable phosphor. For example, the phosphor may be a yellow phosphor capable of emitting yellow light when excited by the light from the blue semiconductor laser element. The phosphor can, for example, absorb part of the electromagnetic radiation emitted by the semiconductor laser element. The combination of blue and yellow light is perceived as white light. The color temperature can be changed by adding further phosphors that are suitable for emitting light of a further wavelength, for example a red wavelength. According to further concepts, white light can be generated by a combination containing a blue-emitting semiconductor laser element and a green and red phosphor. the. It goes without saying that a converter material can comprise a number of different phosphors, each of which emits different wavelengths.
Beispiele für Leuchtstoffe sind Metalloxide, Metallhalide, Me tallsulfide, Metallnitride und andere. Diese Verbindungen kön nen darüber hinaus Zusätze enthalten, die dazu führen, dass spezielle Wellenlängen emittiert werden. Beispielsweise können die Zusätze Seltenerdmaterialien umfassen. Als Beispiel für einen gelben Leuchtstoff kann YAG:Ce3+ (mit Cer aktivierter Yttrium Aluminium Granat (Y3AI5O12) ) oder (Sri.7Bao.2Euo.i)S1O4 verwendet werden. Weitere Leuchtstoffe können auf MSiC>4:Eu2+, worin M Ca, Sr oder Ba sein kann, basieren. Durch Auswahl der Kationen mit einer angemessenen Konzentration kann eine er wünschte Konversionswellenlänge ausgewählt werden. Viele wei tere Beispiele von geeigneten Leuchtstoffen sind bekannt. Examples of phosphors are metal oxides, metal halides, metal sulfides, metal nitrides, and others. These compounds can also contain additives that cause specific wavelengths to be emitted. For example, the additives can include rare earth materials. YAG:Ce 3+ (yttrium aluminum garnet (Y 3 Al 5 O 12) activated with cerium) or (Sri. 7 Bao. 2 Euo.i)S1O 4 can be used as an example for a yellow phosphor. Further phosphors can be based on MSiC> 4 :Eu 2+ , where M can be Ca, Sr or Ba. By selecting the cations with an appropriate concentration, a desired conversion wavelength can be selected. Many other examples of suitable phosphors are known.
Gemäß Anwendungen kann das Leuchtstoffmaterial, beispielsweise ein Leuchtstoffpulver, in ein geeignetes Matrixmaterial einge bettet sein. Beispielsweise kann das Matrixmaterial eine Harz oder Polymerzusammensetzung wie beispielsweise ein Silikon oder ein Epoxidharz umfassen. Die Größe der Leuchtstoffteil- chen kann beispielsweise in einem Mikrometer- oder Nanometer bereich liegen. According to applications, the phosphor material, for example a phosphor powder, can be embedded in a suitable matrix material. For example, the matrix material may comprise a resin or polymer composition such as a silicone or an epoxy resin. The size of the phosphor particles can be in the micrometer or nanometer range, for example.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Matrixmaterial ein Glas umfassen. Beispielsweise kann das Konvertermaterial durch Sin tern des Glases, beispielsweise S1O2 mit weiteren Zusätzen und Leuchtstoffpulver gebildet werden, unter Bildung eines Leucht stoffs im Glas (PiG). According to further embodiments, the matrix material can include a glass. For example, the converter material can be formed by sintering the glass, for example S1O 2 with other additives and phosphor powder, with the formation of a phosphor in the glass (PiG).
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst unter Ausbildung einer Keramik gesintert werden. Bei- spielsweise kann als Ergebnis des Sinterprozesses der kerami sche Leuchtstoff eine polykristalline Struktur haben. According to further embodiments, the phosphor material itself can be sintered to form a ceramic. At- for example, as a result of the sintering process, the ceramic phosphor can have a polycrystalline structure.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial unter Ausbildung eines einkristallinen Leuchtstoffs gewachsen wer den, beispielsweise unter Verwendung des Czochralski (Cz-) Verfahrens . According to further embodiments, the phosphor material can be grown to form a monocrystalline phosphor, for example using the Czochralski (Cz) method.
Gemäß weiteren Ausführungen kann das Leuchtstoffmaterial selbst ein Halbleitermaterial sein, das im Volumen oder in Schichten eine geeignete Bandlücke zur Absorption des von dem Halbleiterlaserelement emittierten Lichtes und zur und der Emission der gewünschten Konversionswellenlänge aufweist. Ins besondere kann es sich hierbei um ein epitaktisch gewachsenes Halbleitermaterial handeln. Beispielsweise kann das epitak tisch gewachsene Halbleitermaterial eine Bandlücke haben, die einer geringeren Energie als der des primär emittierten Lichts entspricht. Weiterhin können mehrere geeignete Halbleiter schichten, die jeweils Licht unterschiedlicher Wellenlänge emittieren, übereinander gestapelt sein. Ein oder mehrere Quantentröge bzw. Quantentöpfe, Quantenpunkte oder Quanten drähte können in dem Halbleitermaterial gebildet sein. According to further embodiments, the phosphor material itself can be a semiconductor material which has a suitable band gap for absorption of the light emitted by the semiconductor laser element and for emission of the desired conversion wavelength in the volume or in layers. In particular, this can be an epitaxially grown semiconductor material. For example, the epitaxially grown semiconductor material can have a band gap that corresponds to a lower energy than that of the primarily emitted light. Furthermore, several suitable semiconductor layers, each emitting light of different wavelengths, can be stacked one on top of the other. One or more quantum wells, quantum dots, or quantum wires may be formed in the semiconductor material.
Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen. Eine Halbleiterlaservorrichtung 10 umfasst ein oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelement 105, welches eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweist, und einen Konverter 120. Der Konverter 120 ist geeignet, eine Wellenlänge der von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelement 105 emit tierten Laserstrahlung 107 zu konvertieren. 1A shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device 10 according to embodiments. A semiconductor laser device 10 comprises a surface-emitting semiconductor laser element 105, which has a GaN-containing compound semiconductor layer, and a converter 120. The converter 120 is suitable for converting a wavelength of the laser radiation 107 emitted by the surface-emitting semiconductor laser element 105.
Wie in Fig. 1A dargestellt ist, kann eine Vielzahl von Halb leiterlaserelementen 105 über einem Lasersubstrat 100 aufge- bracht oder in dem Lasersubstrat 100 angeordnet sein. Bei spielsweise kann das Lasersubstrat 100 ein Wachstumssubstrat sein, auf dem einzelne Schichten zur Ausbildung der Halb leiterlaserelemente 105 aufgewachsen sind. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann das Lasersubstrat 100 aber auch von dem Wachstumssubstrat verschieden sein. Beispielsweise können die Halbleiterlaserelemente 105 auf einem separaten Wachstumssub strat ausgebildet worden sein und nachfolgend auf das La sersubstrat 100 aufgebracht worden sein. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann der Begriff „Lasersubstrat 100" aber auch einen Halbleiterkörper bezeichnen, in dem die einzelnen Halb leiterlaserelemente 105 ausgebildet sind. As shown in FIG. 1A, a plurality of semiconductor laser elements 105 can be stacked over a laser substrate 100. Brought or in the laser substrate 100 may be arranged. For example, the laser substrate 100 may be a growth substrate on which individual layers to form the semiconductor laser elements 105 are grown. According to further embodiments, however, the laser substrate 100 can also be different from the growth substrate. For example, the semiconductor laser elements 105 may have been formed on a separate growth substrate and subsequently applied to the laser substrate 100 . According to further embodiments, the term “laser substrate 100” can also refer to a semiconductor body in which the individual semiconductor laser elements 105 are formed.
Die Halbleiterlaservorrichtung 10 kann weiterhin ein Gehäuse 130 aufweisen. Beispielsweise kann das Gehäuse 130 einen Bo denteil 131 sowie ein oder mehrere Seitenteile 135 aufweisen. Das Lasersubstrat 100 kann über dem Bodenteil 131 aufgebracht sein. Der Bodenteil 131 sowie das Gehäuse 130 können bei spielsweise aus einem geeigneten Halbleiter-Packagematerial wie beispielsweise eine Keramik oder einem geeigneten Kunst stoff hergestellt sein. The semiconductor laser device 10 may further include a housing 130 . For example, the housing 130 can have a bottom part 131 and one or more side parts 135 . The laser substrate 100 can be applied over the bottom part 131 . The bottom part 131 and the housing 130 can be made of a suitable semiconductor package material, such as a ceramic or a suitable plastic, for example.
Beispielsweise kann eine leitfähige Schicht oder Teile einer leitfähigen Schicht auf dem Bodenteil 131 aufgebracht sein und mit dem Lasersubstrat 100 verbunden sein. Die leitfähige Schicht oder die Teile der leitfähigen Schicht können bei spielsweise ein erstes Kontaktelement 127 zum Kontaktieren der Halbleiterlaserelemente 105 darstellen. Beispielsweise kann das erste Kontaktelement 127 mit einer ersten Kontaktfläche 139 verbunden sein, die sich auf einer von dem ersten Kontak telement 127 abgewandten Seite des Bodenteils 131 befindet. Eine zweite Kontaktfläche 137 kann isoliert von der ersten Kontaktfläche 139 ebenfalls an einer von dem ersten Kontakte lement 127 abgewandten Seite des Bodenteils 131 vorliegen und mit einem zweiten Kontaktelement 126 elektrisch verbunden sein. Das zweite Kontaktelement 126 kann beispielsweise ein weiterer Teil der leitfähigen Schicht sein, welcher von dem ersten Kontaktelement 127 getrennt ist. Das zweite Kontaktele ment 126 kann beispielsweise nicht mit dem Lasersubstrat 100 bedeckt sein. Das zweite Kontaktelement 126 kann beispielswei se über eine erste Verdrahtung 122 mit einer zweiten Halb leiterschicht des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserele ments 105 verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen können ein zelne oberflächenemittierende Halbleiterlaserelemente 105 ein zeln angesteuert werden, um beliebige Beleuchtungsmuster zu realisieren . For example, a conductive layer or parts of a conductive layer can be applied to the bottom part 131 and connected to the laser substrate 100 . The conductive layer or the parts of the conductive layer can represent a first contact element 127 for contacting the semiconductor laser elements 105, for example. For example, the first contact element 127 can be connected to a first contact surface 139 which is located on a side of the base part 131 which is remote from the first contact element 127 . A second contact surface 137 can be isolated from the first contact surface 139 and also present on a side of the base part 131 facing away from the first contact element 127 and be electrically connected to a second contact element 126 . The second contact element 126 can, for example, be another part of the conductive layer which is separate from the first contact element 127 . The second contact element 126 may not be covered with the laser substrate 100, for example. The second contact element 126 can, for example, be connected to a second semiconductor layer of the surface-emitting semiconductor laser element 105 via a first wiring 122 . According to embodiments, individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 can be controlled individually in order to implement any desired illumination pattern.
Beispiele für den Aufbau von oberflächenemittierenden Halb leiterlaserelementen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. IC näher beschrieben werden. Examples of the construction of surface-emitting semiconductor laser elements will be described in more detail below with reference to FIG. IC.
Wie in Fig. 1A gezeigt ist, können sich beispielsweise die Seitenwände 135 des Gehäuses seitlich entlang dem Lasersub strat 100 in eine vertikale Richtung erstrecken, so dass das Lasersubstrat 100 mit den oberflächenemittierenden Laserele menten 105 auf dem Bodenteil 131 aufliegt und seitlich von den Seitenwänden 135 umschlossen ist. As shown in Fig. 1A, for example, the side walls 135 of the housing can extend laterally along the laser substrate 100 in a vertical direction, so that the laser substrate 100 with the surface-emitting laser elements 105 rests on the base part 131 and laterally from the side walls 135 is enclosed.
Der Konverter 120 kann beispielsweise auf einem Träger 125 aufgebracht sein. Beispielsweise kann die Laserstrahlung 107 durch den Träger 125 und den Konverter 120 hindurchgestrahlt werden. Beispielsweise kann der Konverter 120 auf der dem oberflächenemittierenden Laserelement 105 zugewandten Seite des Trägers 125 aufgebracht sein. Der Träger 125 kann bei spielsweise einen oberen Abschluss des Gehäuses 130 bilden.The converter 120 can be applied to a carrier 125, for example. For example, the laser radiation 107 can be radiated through the carrier 125 and the converter 120 . For example, the converter 120 can be applied to the side of the carrier 125 facing the surface-emitting laser element 105 . The carrier 125 can form an upper end of the housing 130, for example.
Auf diese Weise bilden der Träger 125 die Seitenteile 135 so wie der Bodenteil 131 ein Gehäuse, und der Konverter 120 ist auf der Unterseite des Gehäusedeckels aufgebracht. Beispiels- weise kann der Träger 125 ein Glas oder ein anderes transpa rentes Material mit einer Antireflexionsbeschichtung sein. Der Konverter 120 kann auf einer Oberseite, einer Unterseite oder innerhalb des Trägers 125 angeordnet sein. In this way, the carrier 125, the side parts 135 and the bottom part 131 form a housing, and the converter 120 is mounted on the underside of the housing cover. sample For example, the substrate 125 can be a glass or other transparent material with an anti-reflection coating. The converter 120 can be arranged on a top side, a bottom side or inside the carrier 125 .
Wie in Fig. 1A veranschaulicht ist, kann ein optisches Element 113 oder eine optische Vorrichtung 115 über dem Träger 125 aufgebracht sein. Beispielsweise können sowohl Träger 125 als auch optisches Element 113 oder optische Vorrichtung 115 eine planare Hauptoberfläche haben, so dass durch die Kombination von Träger 125, Konverter 120 und optischem Element 113 oder optischer Vorrichtung 115 eine kompakte Form realisiert wird. Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann das optische Element 113 beispielsweise eine Linse, beispielsweise eine Kollimatorlinse, oder ein optisch beugendes Element, z.B. ein Gitterelement oder anderes sein. Gemäß Ausführungsformen kann für mehrere oder alle oberflächenemittierenden Halbleiterla serelemente 105 ein einziges optisches Element 113 vorgesehen sein. As illustrated in FIG. 1A , an optical element 113 or optical device 115 may be applied over the carrier 125 . For example, both carrier 125 and optical element 113 or optical device 115 can have a planar main surface, so that a compact form is realized by the combination of carrier 125, converter 120 and optical element 113 or optical device 115 . In all of the described embodiments, the optical element 113 may be, for example, a lens, such as a collimator lens, or an optically diffractive element, such as a grating element, or other. According to embodiments, a single optical element 113 can be provided for several or all surface-emitting semiconductor laser elements 105 .
Eine optische Vorrichtung 115 kann beispielsweise eine Viel zahl einzelner optischer Elemente 113 aufweisen. Die optische Vorrichtung 115 kann beispielsweise eine Linsenanordnung oder ähnliches sein. Gemäß Ausführungsformen kann für jedes ober flächenemittierende Halbleiterlaserelement 105 ein zugehöriges optisches Element 113 vorgesehen sein. Durch Adressieren der jeweiligen Halbleiterlaserelemente 105, die einem bestimmten optischen Element 113 zugeordnet sind, lässt sich somit eine applikationsspezifische Strahlform generieren. An optical device 115 can have a large number of individual optical elements 113, for example. The optical device 115 can be, for example, a lens arrangement or the like. According to embodiments, an associated optical element 113 can be provided for each surface-emitting semiconductor laser element 105 . By addressing the respective semiconductor laser elements 105, which are assigned to a specific optical element 113, an application-specific beam shape can thus be generated.
Das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 105 weist eine GaN-haltige Verbindungsschicht auf. Beispielsweise kann das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 105 in der Lage sein, Laserstrahlung in einem Wellenlängenbereich von 400 bis 470 nm zu emittieren. Entsprechend ist es möglich, unter Verwendung eines geeigneten Konverters 120 eine Emission in einem breiten sichtbaren Wellenlängenbereich zu erzielen. Dadurch, dass die Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung durch oberflächenemittierende Halbleiterlaserelemente erfolgt, kann eine möglichst kompakte Lichtquelle mit möglichst hoher Leuchtdichte bereitgestellt werden. Insbesondere wird durch die einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 eine stark gerichtete Abstrahlung sichergestellt. Als Er gebnis überlappen von benachbarten oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen 105 emittierte Laserstrahlen nur in geringem Maße, wie in Fig. 1A angedeutet ist. In Fig. 1A ist der Konverter 120 in einem Abstand zu der Emissionsoberfläche 103 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente ange ordnet. Beispielsweise kann der Abstand d 500 nm bis 100 gm, beispielsweise 1 bis 100 gm betragen. The surface-emitting semiconductor laser element 105 has a GaN-containing compound layer. For example, the surface-emitting semiconductor laser element 105 may be able to emit laser radiation in a wavelength range of 400 to emit up to 470 nm. Accordingly, using a suitable converter 120, it is possible to achieve emission in a broad visible wavelength range. Due to the fact that the electromagnetic radiation is generated by surface-emitting semiconductor laser elements, a light source that is as compact as possible with the highest possible luminance can be provided. In particular, strongly directed emission is ensured by the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 . As a result, laser beams emitted from adjacent surface-emitting semiconductor laser elements 105 overlap only slightly, as indicated in Fig. 1A. In Fig. 1A, the converter 120 is arranged at a distance from the emission surface 103 of the surface emitting semiconductor laser elements. For example, the distance d can be 500 nm to 100 gm, for example 1 to 100 gm.
Fig. 1B zeigt ein Beispiel einer Anordnung der oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelemente 105 über dem Lasersub strat 100. Beispielsweise kann die Ansicht von Fig. 1B eine horizontale Querschnittsansicht zwischen I und I' in Fig. 1A sein. Hier können beliebige Anordnungsmuster realisiert wer den. Beispielsweise ist in Fig. 1B eine schachbrettmusterarti ge Anordnung der oberflächenemittierende Halbleiterlaserele mente 105 dargestellt. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die oberflächenemittierende Halbleiterlaserelemente auch in Reihen und Spalten angeordnet sein. Fig. 1B shows an example of an arrangement of the surface emitting semiconductor laser elements 105 over the laser substrate 100. For example, the view of Fig. 1B may be a horizontal cross-sectional view between I and I' in Fig. 1A. Any arrangement pattern can be implemented here. For example, a chessboard pattern-like arrangement of the surface-emitting semiconductor laser elements 105 is shown in FIG. 1B. According to further embodiments, the surface-emitting semiconductor laser elements can also be arranged in rows and columns.
Fig. IC zeigt ein Beispiel eines oberflächenemittierenden La serelements 105, das Bestandteil der beschriebenen Halbleiter laservorrichtung 10 sein kann. Das oberflächenemittierende La serelement 105 weist einen ersten Resonatorspiegel 141, einen zweiten Resonatorspiegel 140 sowie einen optischen Resonator 159 zwischen dem ersten Resonatorspiegel 141 und dem zweiten Resonatorspiegel 140 auf. Der optische Resonator 159 erstreckt sich in vertikaler Richtung. Der erste Resonatorspiegel 141 kann alternierend gestapelte erste Schichten einer ersten Zu sammensetzung und zweite Schichten einer zweiten Zusammenset zung aufweisen. Beispielsweise können bei Verwendung die lektrischer Schichten diese abwechselnd einen hohen Brechungs index (n>l,7) und einen niedrigen Brechungsindex (n<l,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebildet sein. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann der erste Resonatorspiegel 141 auch Halb leiterschichten aufweisen. In diesem Fall können abwechselnd Halbleiterschichten mit einem hohen Brechungsindex (n>3,3) und Halbleiterschichten mit einem niedrigen Brechungsindex (n<3,3) angeordnet sein. Beispielsweise kann die Schichtdicke l/4 oder ein Mehrfaches von l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts angibt. Der erste Resonatorspiegel 141 kann beispielsweise 2 bis 50 unterschiedliche Schichten auf weisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 90 nm, beispielsweise etwa 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielswei se dicker als 200 nm sind. Beispielsweise kann der erste Re sonatorspiegel 141 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8% oder mehr für die Laserstrahlung haben. Fig. IC shows an example of a surface emitting laser element 105, which may be part of the semiconductor laser device 10 described. The surface emitting laser element 105 has a first resonator mirror 141, a second resonator mirror 140 and an optical resonator 159 between the first resonator mirror 141 and the second Resonator mirror 140 on. The optical resonator 159 extends in the vertical direction. The first cavity mirror 141 may comprise alternately stacked first layers of a first composition and second layers of a second composition. For example, when using the electrical layers, they can alternately have a high refractive index (n>1.7) and a low refractive index (n<1.7) and be designed as a Bragg reflector. According to further embodiments, the first resonator mirror 141 can also have semiconductor layers. In this case, semiconductor layers with a high refractive index (n>3.3) and semiconductor layers with a low refractive index (n<3.3) can be arranged alternately. For example, the layer thickness can be 1/4 or a multiple of 1/4, where 1 indicates the wavelength of the light to be reflected. The first resonator mirror 141 can have, for example, 2 to 50 different layers. A typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 90 nm, for example about 50 nm. The layer stack can also contain one or two or more layers that are thicker than about 180 nm, for example thicker than 200 nm. For example, the first resonator mirror 141 can have an overall reflectivity of 99.8% or more for the laser radiation.
Schichten des ersten Resonatorspiegels 141 können beispiels weise mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n- leitend, dotiert sein. Über dem ersten Resonatorspiegel 141 kann eine erste Halbleiterschicht 145 von einem ersten Leitfä higkeitstyp, beispielsweise n-leitend angeordnet sein. Weiter hin kann der Halbleiterschichtstapel eine zweite Halbleiter schicht 150 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielswei se p-leitend aufweisen. Eine aktive Zone 155 kann zwischen der ersten Halbleiterschicht 145 und der zweiten Halbleiterschicht 150 angeordnet sein. Die aktive Zone 155 kann beispielsweise einen pn-Übergang, ei ne Doppelheterostruktur, eine Eint ach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrtach-Quantentopf- Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. Eine geeignete isolierende Schicht 158 erstreckt sich jeweils vom Rand des Halbleiterlaserelements 105 in Rich tung der Mitte des Halbleiterlaserelements 105, so dass im zentralen Bereich ein leitender Bereich verbleibt. Durch die Bereiche der isolierenden Schicht 158 wird eine Apertur 156 zur Stromführung ausgebildet. Die erste Halbleiterschicht 145 ist über ein erstes Kontaktelement 127 elektrisch anschließ bar, die zweite Halbleiterschicht 150 ist beispielsweise über ein zweites Kontaktelement 126 (nicht dargestellt in Fig. IC) sowie gegebenenfalls ein Oberflächenkontaktelement 128 elektrisch anschließbar. Beispielsweise kann ein Durchmesser eines emittierten Laserstrahls etwa 10 pm betragen. Layers of the first resonator mirror 141 can, for example, be doped with a first conductivity type, for example n-conducting. A first semiconductor layer 145 of a first conductivity type, for example n-conducting, can be arranged above the first resonator mirror 141 . Furthermore, the semiconductor layer stack can have a second semiconductor layer 150 of a second conductivity type, for example p-type. An active zone 155 may be arranged between the first semiconductor layer 145 and the second semiconductor layer 150 . The active zone 155 can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation. The term "quantum well structure" has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers. A suitable insulating layer 158 extends from the edge of the semiconductor laser element 105 in the direction of the Center of the semiconductor laser element 105, so that a conductive area remains in the central area.An aperture 156 for current conduction is formed through the areas of the insulating layer 158. The first semiconductor layer 145 can be electrically connected via a first contact element 127, the second semiconductor layer 150 is, for example electrically connectable via a second contact element 126 (not shown in FIG. 1C) and optionally a surface contact element 128. For example, a diameter of an emitted laser beam can be approximately 10 μm.
Die erste und die zweite Halbleiterschicht 145, 150 sowie Schichten der aktiven Zone 150 können jeweils GaN oder ein GaN-haltiges Verbindungshalbleitermaterial enthalten. Eine Emissionswellenlänge des oberflächenemittierenden Halbleiter laserelements kann beispielsweise in einem Bereich von 400 bis 470 nm liegen. Das oberflächenemittierende Halbleiterlaserele ment 105 ist geeignet, schmalbandige elektromagnetische Strah lung zu emittieren. Die Emissionswellenlänge insbesondere ei nes VCSEL ist sehr temperaturstabil und zeigt nur eine geringe temperaturabhängige Veränderung. Entsprechend ist es möglich, einen Konverter für das oberflächenemittierende Halbleiterla serelement 105 zu verwenden, der nur einen schmalen Absorpti- onsbereich hat. Bei Verwendung eines auf die Wellenlänge des oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelements 105 abge stimmten Konverters wird eine thermische Belastung verringert. The first and second semiconductor layers 145, 150 and layers of the active zone 150 can each contain GaN or a GaN-containing compound semiconductor material. An emission wavelength of the surface-emitting semiconductor laser element can be in a range from 400 to 470 nm, for example. The surface-emitting semiconductor laser element 105 is suitable for emitting narrow-band electromagnetic radiation. The emission wavelength, in particular of a VCSEL, is very temperature-stable and shows only a small temperature-dependent change. Accordingly, it is possible to use a converter for the surface-emitting semiconductor laser element 105 which has only a narrow absorption area has. When using a converter tuned to the wavelength of the surface-emitting semiconductor laser element 105, a thermal load is reduced.
Fig. IC stellt ein veranschaulichendes Beispiel für ein ober flächenemittierendes Halbleiterlaserelement 105 dar. Es ist selbstverständlich, dass Komponenten des oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelements 105 modifiziert werden können. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das oberflächenemittie rende Halbleiterlaserelement 105 auch in anderer Weise reali siert sein. Beispielsweise kann das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 105 auch als HCSEL („Horizontal Cavity Surface Emitting Laser"), d.h. als oberflächenemittierender Laser mit horizontalem Resonator realisiert sein. Alternativ kann das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement 105 auch als PCSEL („Photonic Crystal Surface Emitting Laser"), d.h. Halbleiterlaser, bei dem beispielsweise anstelle von Re sonatorspiegeln ein photonischer Kristall vorgesehen ist, rea lisiert sein. 1C shows an illustrative example of a surface-emitting semiconductor laser element 105. It is a matter of course that components of the surface-emitting semiconductor laser element 105 can be modified. According to further embodiments, the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be realized in a different way. For example, the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be implemented as an HCSEL (“Horizontal Cavity Surface Emitting Laser”), i.e. as a surface-emitting laser with a horizontal resonator. Alternatively, the surface-emitting semiconductor laser element 105 can also be a PCSEL (“Photonic Crystal Surface Emitting Laser”), i.e. semiconductor lasers , In which, for example, instead of resonator mirrors, a photonic crystal is provided, be rea lisiert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halb leiterlaservorrichtung 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device 10 according to further embodiments.
Abweichend von Ausführungsformen, die in Fig. 1A dargestellt sind, ist hier der Konverter 120 direkt auf der Emissionsober fläche 103 oder einer Oberfläche der oberflächenemittierende Halbleiterlaserelemente 105 angeordnet. Beispielsweise kann der Konverter 120, wie in Fig. 1A gezeigt, als ein Element, das mehreren Laserelemente 105 zugeordnet ist, ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann jedoch auch, wie in Fig. 2 dargestellt, jedem Laserelement 105 ein eigener Kon verterbereich 121i, 1212, 1213 zugeordnet sein. Beispielsweise können die einzelnen Konverterbereiche 121i in einen Träger 125 integriert sein. Die einzelnen Konverterbereiche 121i können jeweils identisch oder auch voneinander verschieden sein. Bei spielsweise kann der Träger ein Material mit einer hohen ther mischen Leitfähigkeit enthalten. In dem Träger 125 können Ka vitäten für das Konvertermaterial ausgebildet sein. Alternativ können Flecken aus Konvertermaterial auf einem planare Träger ausgebildet, beispielsweise durch Siebdruck oder ähnliches aufgebracht sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass die durch die Konversion entstehende Wärme lokal abgeführt wird. Deviating from the embodiments shown in FIG. 1A, the converter 120 is arranged directly on the emission surface 103 or a surface of the surface-emitting semiconductor laser elements 105 here. For example, as shown in FIG. 1A , converter 120 may be formed as one element associated with a plurality of laser elements 105 . According to further embodiments, however, as shown in FIG. 2 , each laser element 105 can be assigned its own converter region 121i , 1212, 1213. For example, the individual converter areas 121i can be integrated into a carrier 125 . The individual converter areas 121i can be identical or different from each other. For example, the carrier may contain a material with a high thermal conductivity mix. In the carrier 125 cavities can be formed for the converter material. Alternatively, patches of converter material may be formed on a planar support, such as by screen printing or the like. In this way, it is possible for the heat generated by the conversion to be dissipated locally.
In Fig. 2 kann beispielsweise das optische Element 113 oder die optische Vorrichtung 115 einen oberen Abschluss des Gehäu ses 130 bilden. Das optische Element 113 oder die optische Vorrichtung kann mit Seitenteilen 135 des Gehäuses verbunden sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Träger 125 entfallen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann eine laterale Ausdehnung des Trägers 125 kleiner als die des Bodenteils 131 des Gehäuses 130 sein. In FIG. 2 , for example, the optical element 113 or the optical device 115 can form an upper closure of the housing 130 . The optical element 113 or optical device can be connected to side parts 135 of the housing. According to further embodiments, the carrier 125 can be omitted. According to further embodiments, a lateral extension of the carrier 125 can be smaller than that of the base part 131 of the housing 130 .
Fig. 3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Werkstücks 11 zur Ausbildung von Halbleitervor richtungen 10 gemäß Ausführungsformen. Wie in Fig. 3A angedeu tet ist, kann eine Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen 10 auf Waferebene durch gemeinsame Prozessierungsschritte her gestellt werden. Beispielsweise kann, eine Halbleiterlaservor richtung 10 jeweils eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen 105, die über einem geeigneten La sersubstrat 100 angeordnet und elektrisch verbunden sind, um fassen. Der Konverter 120 kann mit dem optischen Element 113 oder der optischen Vorrichtung 115 verbunden sein. Der Konver ter 120 kann beispielsweise beabstandet zu den oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelementen 105 angeordnet sein o- der an eine Emissionsoberfläche 103 angrenzen. Gemäß Ausfüh rungsformen kann zusätzlich ein Träger 125 über den oberflä chenemittierenden Halbleiterlaserelementen 105 angeordnet sein. Der Träger 125 kann beispielsweise ein Glas mit einer Antireflexionsschicht sein. Ein Konverter 120 kann auf einer Seite des Trägers 125 aufgebracht sein. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann der Konverter 120 auch in dem Träger 125 ein gebaut oder integriert sein. Beispielsweise kann der Träger 125 ein Silikat mit einer Beimischung eines geeigneten Konver ters 120 sein. Gemäß Ausführungsformen kann der Träger 125 an eine Emissionsoberfläche 103 der oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 angrenzen. 3A shows a schematic cross-sectional view of a portion of a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments. As indicated in FIG. 3A, a plurality of semiconductor laser devices 10 can be manufactured at the wafer level by common processing steps. For example, a semiconductor laser device 10 can each include a plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 105 arranged over a suitable laser substrate 100 and electrically connected. The converter 120 can be connected to the optical element 113 or the optical device 115 . The converter 120 can, for example, be arranged at a distance from the surface-emitting semiconductor laser elements 105 or be adjacent to an emission surface 103 . According to embodiments, a carrier 125 can additionally be arranged over the surface-emitting semiconductor laser elements 105 be. The carrier 125 can be a glass with an antireflection layer, for example. A converter 120 can be applied to one side of the carrier 125 . According to further embodiments, the converter 120 can also be built into or integrated into the carrier 125 . For example, the carrier 125 can be a silicate with an admixture of a suitable converter 120 . According to embodiments, the carrier 125 can adjoin an emission surface 103 of the surface emitting semiconductor laser elements 105 .
Beispielsweise können die oder einige der oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelemente 105 einer Halbleiterlaservor richtung 10 gemeinsam angesteuert werden. Jeder Halbleiterla servorrichtung 10 kann ein separates Konverterelement 120, das beispielsweise eine Konversion in eine beliebige, jeweils un terschiedliche Farbe bewirkt, zugeordnet sein. Auch kann jeder Halbleiterlaservorrichtung 10 ein individuelles optisches Ele ment 113 einer optischen Vorrichtung 115 zugeordnet sein. Auf diese Weise kann für jede Halbleitervorrichtung 10 eine ganz spezifische Strahlform erzeugt werden. For example, the or some of the surface-emitting semiconductor laser elements 105 of a semiconductor laser device 10 can be driven together. Each semiconductor laser device 10 can be assigned a separate converter element 120, which, for example, effects conversion into any desired color that is different in each case. Each semiconductor laser device 10 can also be assigned an individual optical element 113 of an optical device 115 . In this way, a very specific beam shape can be generated for each semiconductor device 10 .
Gemäß Ausführungsformen können die Konverter 120 auch lokal variieren, so dass auf der rechten Seite einer Halbleiterla servorrichtung eine andere Farbe emittiert wird, als auf der linken Seite einer Halbleiterlaservorrichtung. According to embodiments, the converters 120 can also vary locally, so that a different color is emitted on the right-hand side of a semiconductor laser device than on the left-hand side of a semiconductor laser device.
Fig. 3B zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Halbleiterla servorrichtung 10 gemäß Ausführungsformen. Prinzipiell ist die in Fig. 3B dargestellte Halbleiterlaservorrichtung lOähnlich aufgebaut wie die in den Fig. 1A oder 2 gezeigte. Allerdings ist es hier möglich, durch eine entsprechende Verdrahtungs struktur einzelne oberflächenemittierende Halbleiterlaserele mente 105 gezielt anzusteuern. Entsprechend kann beispielswei se eine Vielzahl von ersten Kontaktelementen 127 über dem Bo- denteil 131 angeordnet sein, um so eine Ansteuerung der ein zelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente zu be wirken. Die oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 können weiterhin über Oberflächenkontaktelemente 128, die beispielsweise über eine erste Verdrahtung 122 mit den zweiten Kontaktelementen 126 elektrisch verbinden sind, angesteuert werden. Die Oberflächenkontaktelemente 128 können jeweils auf einer Oberseite des Lasersubstrats 100 aufgebracht sein. Fig. 3B zeigt weiterhin eine optische Vorrichtung 115, die mehrere optische Elemente 113 umfasst. Weitere Elemente sind wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 2 beschrieben. Auf diese Weise können beliebige Beleuchtungsmuster realisiert werden. 3B shows another configuration of a semiconductor laser device 10 according to embodiments. In principle, the semiconductor laser device 10 shown in FIG. 3B is constructed similarly to that shown in FIG. 1A or 2. FIG. However, it is possible here to control individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 in a targeted manner by means of a corresponding wiring structure. Correspondingly, for example, a large number of first contact elements 127 can be placed over the bo Denteil 131 may be arranged so as to effect a driving of the individual surface emitting semiconductor laser elements. The surface-emitting semiconductor laser elements 105 can also be driven via surface contact elements 128, which are electrically connected to the second contact elements 126, for example, via a first wiring 122. The surface contact elements 128 can each be applied to a top side of the laser substrate 100 . FIG. 3B further shows an optical device 115 comprising a plurality of optical elements 113 . Other elements are as described with reference to FIGS. 1A and 2. FIG. Any lighting pattern can be realized in this way.
Fig. 3C zeigt eine Ansicht einer Anordnung der einzelnen ober flächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 sowie der zu gehörigen Schaltungs- und Verdrahtungsstrukturen. Wie zu sehen ist, sind die einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterla serelemente 105 jeweils einzeln über zweite Kontaktelemente 126 und Oberflächenkontaktelemente 128 ansteuerbar. Gemäß wei teren Ausführungsformen können aber auch andere Verdrahtungs muster als in Fig. 3C veranschaulicht verwendet werden. Bei spielsweise können die zweiten Kontaktelemente 126 über eine erste Verdrahtung 122 jeweils mit den Oberflächenkontaktele menten 128 verbunden sein. Fig. 3C zeigt weiterhin eine An steuerelektronik 123, die geeignet ist, jedes der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen einzeln an zusteuern . 3C shows a view of an arrangement of the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 and the associated circuit and wiring structures. As can be seen, the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 can each be controlled individually via second contact elements 126 and surface contact elements 128 . However, according to other embodiments, wiring patterns other than those illustrated in FIG. 3C can also be used. For example, the second contact elements 126 can be connected to the surface contact elements 128 via a first wiring 122 . 3C also shows an electronic control system 123 which is suitable for controlling each of the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements individually.
Beispielsweise kann die Halbleiterlaservorrichtung 10, die in den Figuren 3B und 3C veranschaulicht ist, Bestandteil eines Autoscheinwerfers sein. Beispielsweise kann der Autoscheinwer fer durch selektives Ein- und Ausschalten der einzelnen ober flächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 bewegten Ge genständen nachgeführt werden. Aufgrund der geringen Strahldi- vergenz der emittierten Laserstrahlung findet kein Überspre chen statt, und ein höherer Kontrast kann erzielt werden. For example, the semiconductor laser device 10 illustrated in Figures 3B and 3C can be incorporated into an automobile headlight. For example, the car headlight can be tracked to moving objects by selectively switching the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 on and off. Due to the low radiation Vergence of the emitted laser radiation there is no crosstalk and a higher contrast can be achieved.
Fig. 4A zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen . Wie in Fig. 4A veranschaulicht ist, kann die Halbleiterlaservorrichtung 10 beispielsweise mehrere ober flächenemittierende Halbleiterlaserelemente 105i, 1052, ..., 105n aufweisen. Jedem der einzelnen oberflächenemittierenden Halb leiterlaserelemente ist ein einzelnes Konverterelement 121i, 1212, ..., 121n zugeordnet. Beispielsweise können die einzelnen Konverterelemente 121i, 1212, ..., 121n eine unterschiedliche Zu sammensetzung und/oder Schichtdicke aufweisen und somit eine Konversion in verschiedene Farben bewirken. Die einzelnen Kon verterelemente 121i können direkt über den oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelementen angeordnet sein und beispiels weise an eine Emissionsoberfläche 103 direkt angrenzen. Die einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105i können über einem Lasersubstrat 100 oder in dem Lasersubstrat 100 angeordnet sein. 4A shows a semiconductor laser device according to further embodiments. As illustrated in FIG. 4A, the semiconductor laser device 10 can have, for example, a plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 105i, 105 2 , . . . , 105 n . A single converter element 121i, 121 2 , . . . , 121 n is assigned to each of the individual surface-emitting semiconductor laser elements. For example, the individual converter elements 121i , 121 2 , . The individual converter elements 121i can be arranged directly above the surface-emitting semiconductor laser elements and, for example, directly adjoin an emission surface 103 . The individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i can be arranged above a laser substrate 100 or in the laser substrate 100 .
Fig. 4B zeigt ein Beispiel eines Verdrahtungsschemas zum elektrischen Kontaktieren der einzelnen oberflächenemittieren den Halbleiterlaserelemente 105i, 1052, ..., 1054. Beispielsweise kann eine Kontaktfläche 124i, 1242 ...1244 jeweils mit einem zuge hörigen Laserelement 105i, 1052, ..., 105n verbunden sein. Somit kann eine Emission durch das entsprechende Laserelement 105i, 1052, ..., 105n bewirkt werden. Auf diese Weise kann durch geeig nete Ansteuerung der entsprechenden Kontaktflächen die Halb leiterlaservorrichtung 10 in Weiß mit erwünschter Farbtempera tur, Grün, Rot oder Blau leuchten. 4B shows an example of a wiring scheme for electrically contacting the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i, 105 2 , ..., 105 4 . For example, a contact surface 124i, 124 2 . . . 124 4 can be connected to an associated laser element 105i , 105 2 , . Thus, emission can be effected by the corresponding laser element 105i, 105 2 , ..., 105 n . In this way, the semiconductor laser device 10 can shine in white with the desired color temperature, green, red or blue by appropriately driving the corresponding contact surfaces.
Fig. 4C zeigt eine Draufsicht auf die Halbleiterlaservorrich tung gemäß weiteren Ausführungsformen, bei der eine alternati ve Verdrahtung realisiert ist. Fig. 4D zeigt eine schematische Ansicht einer Halbleiterlaser vorrichtung 10, bei der die in Fig. 4A gezeigten Komponenten weiterhin auf einem Bodenteil 131 eines Gehäuses aufgebracht und entsprechend mit einem zweiten Kontaktelement 126 verbun den sind. Über den oberflächenemittierenden Halbleiterla serelementen ist ein optisches Element 113 aufgebracht. Bei spielsweise kann das optische Element 113 durch ein entspre chend geformtes oder gegossenes Silikonelement realisiert sein. Beispielsweise kann eine Silikonvergussmasse in Linsen form gegossen sein. In diesem Fall kann das optische Element 113 gemeinsam mit dem Bodenteil 131 ein Gehäuse der Halb leiterlaservorrichtung 10 darstellen. 4C shows a plan view of the semiconductor laser device according to further embodiments, in which an alternative wiring is implemented. FIG. 4D shows a schematic view of a semiconductor laser device 10, in which the components shown in FIG. 4A are also applied to a bottom part 131 of a housing and correspondingly connected to a second contact element 126. An optical element 113 is applied over the surface-emitting semiconductor laser elements. For example, the optical element 113 can be implemented by an appropriately shaped or cast silicone element. For example, a silicone potting compound can be cast in the form of lenses. In this case, the optical element 113 together with the base part 131 can represent a housing of the semiconductor laser device 10 .
Bei Verwendung mehrerer oberflächenemittierender Halbleiterla serelementen 105i, beispielsweise wie in den Fig. 4A bis 4D ge zeigt, die jeweils unterschiedlichen Konverterbereichen 120i zugeordnet sind, kann eine Lichtquelle, die bei geeigneter An steuerung in verschiedenen Farben oder Farbtemperaturen emit tiert, realisiert werden. When using a plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 105i, for example as shown in FIGS. 4A to 4D, each of which is associated with different converter regions 120i, a light source which, with suitable control, emits different colors or color temperatures, can be realized.
Fig. 5A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Werkstücks 11 zur Ausbildung von Halbleitervor richtungen 10 gemäß Ausführungsformen. Wie in Fig. 5A angedeu tet ist, kann eine Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen 10 auf Waferebene durch gemeinsame Prozessierungsschritte her gestellt werden. Dabei können, wie in Fig. 5A dargestellt, ähnlich wie unter Bezugnahme auf Fig. 1A beschrieben, ver schiedene Konverterbereiche 121i an einem Träger 125 angebracht sein. Die einzelnen Konverterbereiche 121i können dabei jeweils zu den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen 105 ausgerichtet sein und mit jeweils einem oberflächenemittieren den Halbleiterlaserelement 105 räumlich überlappen. Da die einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelemente 105 geeignet sind, eine stark gerichtete Strahlung zu emittieren, findet kein Nebensprechen zwischen benachbarten oberflächen emittierenden Halbleiterlaserelementen 105 statt, so dass bei Aktivieren eines bestimmten oberflächenemittierenden Halb leiterlaserelements 105 eine Abstrahlung in benachbarte Kon verterbereiche 121i verringert oder verhindert werden kann. Der Träger 125 für die Konverterbereiche 121i kann in Kombination mit dem Lasersubstrat 100 jeweils ein Gehäuse für die Halb leiterlaservorrichtung 10 ausbilden. Beispielsweise kann der Träger 125 ein Material mit einer hohen thermischen Leitfähig keit enthalten. In dem Träger 125 können Kavitäten für das Konvertermaterial ausgebildet sein. Alternativ können Flecken aus Konvertermaterial auf einem planare Träger ausgebildet, beispielsweise durch Siebdruck oder ähnliches aufgebracht sein. Auf diese Weise ist es möglich, dass die durch die Kon version entstehende Wärme lokal abgeführt wird. 5A shows a schematic cross-sectional view of a portion of a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments. As indicated in FIG. 5A, a plurality of semiconductor laser devices 10 can be manufactured at the wafer level through common processing steps. As shown in FIG. 5A, different converter regions 121i can be attached to a carrier 125 in a manner similar to that described with reference to FIG. 1A. In this case, the individual converter regions 121i can each be aligned with the surface-emitting semiconductor laser elements 105 and spatially overlap with a surface-emitting semiconductor laser element 105 in each case. Since the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105 are suitable for emitting highly directional radiation, there is no crosstalk between adjacent surface-emitting semiconductor laser elements 105, so that when a specific surface-emitting semiconductor laser element 105 is activated, emission into adjacent converter regions 121i can be reduced or prevented. The carrier 125 for the converter regions 121i can form a housing for the semiconductor laser device 10 in combination with the laser substrate 100 in each case. For example, the carrier 125 can contain a material with a high thermal conductivity. Cavities for the converter material can be formed in the carrier 125 . Alternatively, patches of converter material may be formed on a planar support, such as by screen printing or the like. In this way, it is possible for the heat generated by the conversion to be dissipated locally.
Ein optisches Element 113 oder eine optische Vorrichtung 115 kann auf einer von den oberflächenemittierenden Laserelementen abgewandten Oberfläche des Trägers 125 vorgesehen sein. An optical element 113 or an optical device 115 can be provided on a surface of the carrier 125 facing away from the surface-emitting laser elements.
Durch gezieltes Ansprechen einzelner oberflächenemittierender Halbleiterlaserelemente kann eine Lichtquelle mit unterschied lichen Farben realisiert werden. A light source with different colors can be realized by specifically addressing individual surface-emitting semiconductor laser elements.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können abweichend von Ausfüh rungsformen, die unter Bezugnahme auf Fig. 5A beschrieben sind, die Konverterbereiche 121i auch direkt auf den einzelnen oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen 105i angeord net werden und direkt an eine Emissionsoberfläche 103 angren zen. Dies ist beispielsweise in Fig. 5B veranschaulicht, die ein Werkstück 11 zur Ausbildung von Halbleitervorrichtungen 10 gemäß Ausführungsformen zeigt. Wie in Fig. 5B angedeutet ist, kann eine Vielzahl von Halbleiterlaservorrichtungen 10 auf Waferebene durch gemeinsame Prozessierungsschritte hergestellt werden. Die einzelnen Konverterbereiche können beispielsweise durch Siebdruck direkt auf den zugehörigen oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelementen 105 ausgebildet werden. According to further embodiments, deviating from embodiments described with reference to FIG. 5A, the converter regions 121i can also be arranged directly on the individual surface-emitting semiconductor laser elements 105i and directly border an emission surface 103. This is illustrated, for example, in FIG. 5B , which shows a workpiece 11 for forming semiconductor devices 10 according to embodiments. As indicated in FIG. 5B, a multiplicity of semiconductor laser devices 10 can be provided Wafer level are produced by common processing steps. The individual converter areas can be formed directly on the associated surface-emitting semiconductor laser elements 105, for example by screen printing.
Gemäß Ausführungsformen kann zusätzlich ein optisches Element 113 oder eine optische Vorrichtung 115 angeordnet sein, bei spielsweise in ähnlicher Weise in Fig. 4D oder 2 veranschau licht. In ähnlicher Weise wie zuvor beschrieben, können die einzelnen oberflächenemittierenden Laserelemente 105i der ein zelnen Halbleiterlaservorrichtungen einzeln angesteuert wer den, um entsprechende Farbmuster zu emittieren. According to embodiments, an optical element 113 or an optical device 115 can additionally be arranged, for example illustrated in a similar manner in FIG. 4D or 2 . In a similar manner as described above, the individual surface emitting laser elements 105i of the individual semiconductor laser devices can be driven individually in order to emit corresponding color patterns.
Wie beschrieben worden ist, lässt sich durch Kombination von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen, die eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweisen, mit geeig neten Konvertern eine Lichtquelle bereitstellen, die geeignet ist, elektromagnetische Strahlung in beliebigen Farbtönen und auch beispielsweise Weiß mit verschiedenen Farbtemperaturen zu emittieren. Durch geeignete Ansteuerung sind beispielsweise beliebige Farben oder Farbtemperaturen sowie unterschiedliche Beleuchtungsmuster einstellbar. As has been described, by combining surface-emitting semiconductor laser elements that have a GaN-containing compound semiconductor layer with suitable converters, a light source can be provided that is suitable for emitting electromagnetic radiation in any color tones and also, for example, white with different color temperatures. For example, any colors or color temperatures as well as different lighting patterns can be set by suitable control.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht eines optoelektroni schen Bauelements 15. Das optoelektronische Bauelement 15 um fasst die vorstehend beschriebene Halbleiterlaservorrichtung 10. Das optoelektronische Bauelement kann beispielsweise eine Mikro-Anzeigevorrichtung mit hoher Leuchtstärke, eine Beleuch tungsvorrichtung mit hoher Leistung, beispielsweise für Veran staltungen oder Bühnen oder Filmstudios, eine Beleuchtungsvor richtung mit hoher Leuchtstärke für Gebäude oder ein Auto scheinwerfer sein. Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt. Fig. 6 shows a schematic view of an optoelectronic component 15. The optoelectronic component 15 comprises the semiconductor laser device 10 described above Stages or film studios, a lighting device with high luminosity for buildings or a car headlight. Although specific embodiments have been illustrated and described herein, those skilled in the art will recognize that a variety of alternative and/or equivalent configurations may be substituted for the specific embodiments shown and described without departing from the scope of the invention. The application is intended to cover any adaptations or variations of the specific embodiments discussed herein. Therefore, the invention is to be limited only by the claims and their equivalents.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE LIST
10 Halbleiterlaservorrichtung 10 semiconductor laser device
11 Werkstück 11 workpiece
15 optoelektronisches Bauelement 15 optoelectronic component
100 Lasersubstrat 100 laser substrate
103 Emissionsoberfläche 103 emission surface
105, 105i oberflächenemittierendes Halbleiterlaserelement105, 105i surface emitting semiconductor laser element
107 emittierte Laserstrahl 107 emitted laser beam
109 konvertierter Laserstrahl 109 converted laser beam
113 optisches Element 113 optical element
115 optische Vorrichtung 115 optical device
120 Konverter 120 converters
121i Konverterbereich 121i converter section
122 erste Verdrahtung 122 first wiring
123 Ansteuerelektronik 123 control electronics
124 Kontaktfläche 124 contact surface
125 Träger 125 carriers
126 zweites Kontaktelement 126 second contact element
127 erstes Kontaktelement 127 first contact element
128 Oberflächenkontaktelement 128 surface contact element
130 Gehäuse 130 housing
131 Bodenteil 131 bottom part
135 Seitenteil 135 side panel
137 zweite Kontaktfläche 137 second contact surface
139 erste Kontaktfläche 139 first contact surface
140 zweiter Resonatorspiegel 140 second resonator mirror
141 erster Resonatorspiegel 141 first resonator mirror
145 erste Halbleiterschicht 145 first semiconductor layer
150 zweite Halbleiterschicht 150 second semiconductor layer
155 aktive Zone 155 active zone
156 Apertur 156 aperture
158 isolierende Schicht 158 insulating layer
159 optischer Resonator 159 optical resonator

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Halbleiterlaservorrichtung (10), umfassend: ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaserelement (105), welches eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweist; und einen Konverter (120), der geeignet ist, eine Wellen länge der von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserele ment (105) emittierten Laserstrahlung (107) zu konvertieren. A semiconductor laser device (10) comprising: a surface emitting semiconductor laser element (105) having a GaN-containing compound semiconductor layer; and a converter (120) suitable for converting a wavelength of the laser radiation (107) emitted by the surface-emitting semiconductor laser element (105).
2. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner mit einem Träger (125), wobei der Konverter (120) auf dem Trä ger (125) aufgebracht ist und die Laserstrahlung (107) durch den Träger (125) und Konverter (120) hindurchgestrahlt wird. 2. Semiconductor laser device (10) according to claim 1, further having a carrier (125), wherein the converter (120) is applied to the carrier (125) and the laser radiation (107) through the carrier (125) and converter (120) is radiated through.
3. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der Träger ein optisches Element (113) ist. 3. The semiconductor laser device (10) according to claim 2, wherein the support is an optical element (113).
4. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einem optischen Element (113) auf einer von dem oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelement (105) abge wandten Seite des Konverters (120). The semiconductor laser device (10) according to claim 1 or 2, further comprising an optical element (113) on a side of the converter (120) facing away from the surface emitting semiconductor laser element (105).
5. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 2, ferner mit einem optischen Element (113) auf einer von dem oberflä chenemittierenden Halbleiterlaserelement (105) abgewandten Seite des Konverters (120), wobei das optische Element (113) mit dem Träger (125) verbunden ist. The semiconductor laser device (10) according to claim 2, further comprising an optical element (113) on a side of said converter (120) remote from said surface emitting semiconductor laser element (105), said optical element (113) being connected to said substrate (125). is.
6. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach einem der vorher gehenden Ansprüche, ferner mit einem Gehäuse (130), welches einen Bodenteil (131) und Seitenteile (135) aufweist, wobei das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement (105) über dem Bodenteil (131) angeordnet ist und die Seitenteile (135) seitlich benachbart zu dem oberflächenemittierenden Halb leiterlaserelement (105) angeordnet sind. 6. Semiconductor laser device (10) according to one of the preceding claims, further comprising a housing (130) which has a bottom part (131) and side parts (135), the surface-emitting semiconductor laser element (105) being arranged above the bottom part (131) and the side panels (135) are arranged laterally adjacent to the surface emitting semiconductor laser element (105).
7. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 6, ferner mit einem Träger (125), wobei der Träger (125) einen Abschluss des Gehäuses (130) bildet. 7. The semiconductor laser device (10) according to claim 6, further comprising a carrier (125), wherein the carrier (125) forms a closure of the housing (130).
8. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 6, ferner mit einem optischen Element (113), das einen Abschluss des Ge häuses (130) bildet. 8. The semiconductor laser device (10) according to claim 6, further comprising an optical element (113) which forms a closure of the Ge housing (130).
9. Halbleiterlaservorrichtung (10), umfassend: eine Anordnung einer Vielzahl von oberflächenemittie renden Halbleiterlaserelementen (105), welche eine GaN-haltige Verbindungshalbleiterschicht aufweisen; und einen Konverter (120), der geeignet ist, eine Wellen länge der von den oberflächenemittierenden Halbleiterlaserele menten (105) emittierten Laserstrahlung (107) zu konvertieren. A semiconductor laser device (10) comprising: an array of a plurality of surface emitting semiconductor laser elements (105) having a GaN-containing compound semiconductor layer; and a converter (120) which is suitable for converting a wavelength of the laser radiation (107) emitted by the surface-emitting semiconductor laser elements (105).
10. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserele menten (105) ein einziger Konverter (120) zugeordnet ist. 10. The semiconductor laser device (10) as claimed in claim 9, wherein the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements (105) is assigned a single converter (120).
11. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei sich der Konverter (120) räumlich ändert. 11. The semiconductor laser device (10) according to claim 10, wherein the converter (120) varies spatially.
12. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Konverter (120) eine Vielzahl von Konverterbereichen (121i) aufweist und jedem der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen (105) ein zugehöriger Konverterbe reich (121i) zugeordnet ist. 12. Semiconductor laser device (10) according to claim 9, wherein the converter (120) has a multiplicity of converter areas (121i) and each of the multiplicity of surface-emitting semiconductor laser elements (105) is assigned an associated converter area (121i).
13. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach einem der Ansprü- che 9 bis 12, ferner mit einer Ansteuerelektronik (123), die geeignet ist, jedes der Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserelementen (105) einzeln anzusteuern. 13. Semiconductor laser device (10) according to any one of claims 9 to 12, further with control electronics (123) which is suitable for driving each of the plurality of surface emitting semiconductor laser elements (105) individually.
14. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach einem der Ansprü che 9 bis 13, ferner mit einer optischen Vorrichtung (115) auf einer von der Anordnung von Halbleiterlaserelementen (105) ab gewandten Seite des Konverters (120). 14. The semiconductor laser device (10) according to any one of claims 9 to 13, further comprising an optical device (115) on a side of the converter (120) facing away from the array of semiconductor laser elements (105).
15. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 14, wobei die optische Vorrichtung (115) eine Vielzahl optischer Elemen te (113) aufweist und jedem der Vielzahl von oberflächenemit tierenden Halbleiterlaserelementen (105) ein zugehöriges opti sches Element (113) zugeordnet ist. 15. The semiconductor laser device (10) as claimed in claim 14, wherein the optical device (115) has a plurality of optical elements (113) and an associated optical element (113) is associated with each of the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements (105).
16. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach einem der Ansprü che 1 bis 15, wobei der Konverter (120) direkt auf den ober flächenemittierenden Halbleiterlaserelementen (105) aufge bracht ist. 16. The semiconductor laser device (10) according to any one of claims 1 to 15, wherein the converter (120) is placed directly on the surface-emitting semiconductor laser elements (105).
17. Halbleiterlaservorrichtung (10) nach Anspruch 16, fer ner mit einem Bodenteil (131) eines Gehäuses (130), auf dem das oberflächenemittierende Halbleiterlaserelement (105) auf gebracht ist, sowie einem optischen Element (113), das zusam men mit dem Bodenteil (131) das Gehäuse (130) der Halbleiter laservorrichtung (10) bildet. 17. The semiconductor laser device (10) according to claim 16, further comprising a bottom part (131) of a housing (130) on which the surface-emitting semiconductor laser element (105) is brought on, and an optical element (113) which men together with the bottom part (131) forms the housing (130) of the semiconductor laser device (10).
18. Optoelektronisches Bauelement (15) mit einer Halb leiterlaservorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprü che. 18. Optoelectronic component (15) with a semiconductor laser device (10) according to any one of the preceding claims.
19. Optoelektronisches Bauelement (15) nach Anspruch 18, das aus einer Mikro-Anzeigevorrichtung, einer Beleuchtungsvor richtung und einem KFZ-Scheinwerfer ausgewählt ist. 19. Optoelectronic component (15) according to claim 18, which is selected from a micro-display device, a lighting device and a motor vehicle headlight.
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